一种含Nb、RE珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺的制作方法

一种含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺
技术领域
1.本发明涉及钢轨焊接技术领域，尤其涉及一种含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺。


背景技术：

2.移动闪光焊接作为钢轨线路重要连接方式之一,被广泛应用于线路焊接中。钢材的焊接性能主要受钢材化学成分的影响，我国珠光体钢轨的研发都属于“高碳、低硅、中锰”，为主要元素，并且根据强度、硬度要求不同，增加铬和矾等合金强化元素。由于重载铁路用高强度、高硬度的珠光体钢轨碳含量高，使其焊接性能较差，主要表现为：
①
焊接过热区缺陷较多，移动闪光焊的过热区存在沿奥氏体晶界的碳锰成分偏析，造成过冷状态下接头出现贝氏体或马氏体等异常显微组织，使接头脆性增加。
②
由于焊接热影响区的循环加热，使其晶粒度明显增加，且接头快速加热和冷却的非平衡过程，导致闪光焊接头韧性的降低，接头冲击仅为母材的50％左右，钢轨线路服役时易在接头处发生断轨的风险。
③
由于焊接过程中碳及合金的烧损，接头力学性能降低明显，特别是接头硬度明显降低，接头与母材性能匹配较差，无法体现出重载线路用钢轨高强度、高硬度的特点，线路服役过程中会出现鞍型磨耗和接头剥离掉块的现象，严重影响无缝线路的平顺性。
3.钢轨移动闪光焊焊接工艺和接头热处理工艺直接影响接头组织性能和服役状态。焊接工艺不当会造成接头过烧、未焊合、灰斑超标、液化裂纹等缺陷，焊态下接头金相晶粒度较为粗大仅有1-2级左右，接头性能很差。对焊态接头进行正火热处理，焊缝显微组织明显细化，晶粒度从1级提高到8级以上，很好的改善了移动闪光焊接头的韧性，但焊缝热处理工艺不当，如加热温度高低、加热速度快慢、高温停留时间长短、温度分布不均匀及在空冷条件下连续冷却等特点，在接头尤其是热影响区容易出现组织粗大，甚至易形成马氏体等有害组织，使接头处出现硬化、脆化等现象，线路服役过程中在轮轨应力作用下，接头极易发生断裂，成为线路运营的薄弱环节。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，针对重载铁路用高强度、高硬度含nb、re的珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，可以保证接头均为正常的珠光体组织，不存在贝氏体、马氏体等异常组织。解决了含nb、re的高强度、高硬度珠光体钢轨接头硬度偏低、接头落锤性能不合及接头低塌的难题，得到了与母材性能相匹配的优良接头，使接头性能满足《tb/t 1632.2-2014钢轨焊接第2部分：闪光焊接》中对接头力学性能和落锤的检验要求。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.本发明一种含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，包括：
7.1)将断面60kg/m相同的两支同材质钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；
8.2)采用lr1200型移动固定闪光焊机进行钢轨焊接；
9.3)移动闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.35～0.55mm之间，焊接预热次数在11～13次之间，预热电流控制在410～600a之间，焊接顶锻量控制在11.5-12mm，前进速度控制在0.3～2.5mm/s之间；
10.4)接头正火工艺：使用ldgzh-70设备进行接头正火，加热电压10v，保温时间90s，吹风时间100s，接头自然冷却至室温。
11.进一步的，焊接顶锻量控制在11.7mm。
12.进一步的，接头抗拉强度rm≥1044mpa，接头延伸a≥9％，接头实物疲劳载荷循环2
×
106次未断，hj/hp≥0.9，hj1/hp≥0.8，软化区域w≤20mm，接头落锤15支未断，焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体或贝氏体有害组织，全部性能均满足标准要求。
13.进一步的，焊接的含cr、nb、re珠光体钢轨以c、s i、mn、cr、nb、re为主要合金元素，钢轨化学成分的重量百分比为c：0.73～0.83％，s i：0.50～0.80％，mn：0.80～1.10％，cr：0.30～0.60％，nb：0.01～0.05％,re：0.0005～0.0020％,p≤0.010％，s≤0.005％，a l：≤0.004％，其余为fe及不可避免的的杂质。
14.进一步的，采用lr1200型移动闪光焊机进行钢轨焊接，焊机油温控制在38-42℃，水温控制在18-22℃。
15.进一步的，闪光焊接顶锻完成到推凸的时间应控制在15s以内；轨头允许的最大推凸余量为2.0mm，轨头下颚及轨腰允许的最大推凸余量为2.0mm，轨底许的最大推凸余量为1.5mm。
16.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
17.基于以上发明内容，接头抗拉强度rm≥1044mpa，接头延伸a≥9％，接头实物疲劳载荷循环2
×
106次未断，hj/hp≥0.9，hj1/hp≥0.8，软化区域w≤20mm，接头落锤15支未断，焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体或贝氏体有害组织，全部性能均满足标准要求。
18.本发明可有效的提高含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接头各项力学性能，提高接头强度、硬度、韧性，使其与母材性能相匹配。本发明的焊接接头可以满足接头落锤15支未断的要求，改善钢轨在线路服役过程中因焊接区域硬度差过大而造成的“鞍型”磨耗或接头微观异常组织而导致的断裂的风险,充分发挥了含nb、re珠光体钢轨及接头高强度、高硬度、高韧性的特点，保证钢轨及接头均满足重载铁路的服役要求和线路运行安全。
附图说明
19.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
20.图1为含nb、re珠光体钢轨cct曲线；
21.图2为实施例接头纵断面(测试线1)试验结果。
具体实施方式
22.一种含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，包括：
23.1)本发明焊接的含cr、nb、re珠光体钢轨以c、s i、mn、cr、nb、re为主要合金元素，钢轨化学成分的重量百分比为c：0.73～0.83％，s i：0.50～0.80％，mn：0.80～1.10％，cr：0.30～0.60％，nb：0.01～0.05％,re：0.0005～0.0020％,p≤0.010％，s≤0.005％，a l：≤
0.004％。
24.2)以上成分经冶炼、连铸、钢坯缓冷、轧制、热处理等进行的钢轨生产，其中钢轨的轧制压缩比≥11，终轧温度≤950℃，终冷温度≤510℃，从而保证钢轨晶粒度、抗拉强度和硬度。
25.3)、采用lr1200型移动闪光焊机进行钢轨焊接。焊机油温控制在40℃左右，水温控制在20℃左右，预热电流控制在410～600a之间。
26.4)移动闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.35～0.55mm之间，焊接预热次数在11～13次之间，预热电流控制在410～600a之间，焊接顶锻量控制在11.7mm左右，前进速度控制在0.3～2.5mm/s之间。本焊接工艺接头平直度良好，接头不会出现过烧、未焊合、灰斑超标、液化裂纹等焊接缺陷。
27.5)闪光焊接顶锻完成到推凸的时间应控制在15s以内。轨头允许的最大推凸余量为2.0mm，轨头下颚及轨腰允许的最大推凸余量为2.0mm，轨底许的最大推凸余量为1.5mm。
28.6)接头正火工艺：使用ldgzh-70设备进行接头正火，加热电压10v，保温时间90s，吹风时间100s，接头自然冷却至室温。
29.实施过程：
30.含nb、re珠光体钢轨碳含量、合金含量较高，闪光焊接过程中的过热区容易产生c、mn等元素偏析和微观组织缺陷，为此，在焊接工艺参数调整环节，通过调整预热次数、顶端量、尾部烧化速率等关键参数，结合接头力学性能、落锤结果等对比分析，从而确定钢轨移动闪光焊工艺，实施过程中焊接工艺主要调整参数及对应的接头硬度和落锤试验结果见表1。
31.表1实施过程中焊接工艺及性能对比结果
[0032][0033]
实施例钢轨移动闪光焊接工艺，落锤均未发生断裂，且接头硬度也满足要求。
[0034]
含nb、re珠光体钢轨接头焊态下金相晶粒度较为粗大仅有1-2级左右，接头各项力学性能很差，对焊态接头进行正火热处理，可以使焊缝显微组织细化，可以有效改善移动闪光焊接头的综合力学性能。钢轨cct曲线是制定钢的热处理工艺的重要依据，结合钢轨cct曲线表明，钢轨接头加热温度达到679℃，即可实现完成奥氏体化见图1。实施过程中正火工艺见表2。
[0035]
表2实施过程中正火工艺
[0036][0037]
实施例正火处理后的闪光焊接头，按照《tb/t 1632.2-2014钢轨焊接第2部分：闪光焊接》，进行轨头纵向剖面洛氏硬度性能分析，结果见表3，图2。
[0038]
表3实施例接头纵断面(测试线1)试验结果
[0039][0040]
依据《tb/t 1632.2-2014钢轨焊接第1部分：通用技术条件》取样方法对实施例的移动闪光焊接头进行接头拉伸、接头冲击性能检验，具体结果见表4、表5。
[0041]
表4实施例闪光焊接头拉伸性能
[0042][0043]
表5实施例闪光焊接头冲击性能
[0044][0045]
由表4、表5可知，实施例的移动闪光焊接头拉伸性能、冲击性能均满足标准要求，且接头具有较大性能余量。
[0046]
实施过程中工艺优化可知，实施例接头抗拉强度rm≥1007mpa，接头延伸a≥11.10％，接头冲击ku2＝21.9j，其接头的硬度平均值hj与母材硬度平均值h
p
的比值满足：hj/h
p
≥0.91，接头软点硬度平均值h
j1
与母材硬度平均值h
p
的比值：h
j1
/h
p
≥0.84，软化区域w≤20mm，接头落锤15支未断，全部性能均满足标准要求。实施例得到的接头强度、硬度、韧性，使其与母材性能相匹配，可以满足重载铁路对钢轨接头平顺性的要求，改善钢轨在线路服役过程中因焊接区域硬度差过大而造成的“鞍型”磨耗或接头微观异常组织而导致的断裂的风险,充分发挥了含nb、re珠光体钢轨及接头高强度、高硬度、高韧性的特点，保证钢轨及接头均满足重载铁路的服役要求和线路运行安全。
[0047]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，其特征在于：包括：1)将断面60kg/m相同的两支同材质钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；2)采用lr1200型移动固定闪光焊机进行钢轨焊接；3)移动闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.35～0.55mm之间，焊接预热次数在11～13次之间，预热电流控制在410～600a之间，焊接顶锻量控制在11.5-12mm，前进速度控制在0.3～2.5mm/s之间；4)接头正火工艺：使用ldgzh-70设备进行接头正火，加热电压10v，保温时间90s，吹风时间100s，接头自然冷却至室温。2.根据权利要求1所述的含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，其特征在于：焊接顶锻量控制在11.7mm。3.根据权利要求1所述的含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，其特征在于：接头抗拉强度rm≥1044mpa，接头延伸a≥9％，接头实物疲劳载荷循环2
×
106次未断，hj/hp≥0.9，hj1/hp≥0.8，软化区域w≤20mm，接头落锤15支未断，焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体或贝氏体有害组织，全部性能均满足标准要求。4.根据权利要求1所述的含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，其特征在于：焊接的含cr、nb、re珠光体钢轨以c、si、mn、cr、nb、re为主要合金元素，钢轨化学成分的重量百分比为c：0.73～0.83％，si：0.50～0.80％，mn：0.80～1.10％，cr：0.30～0.60％，nb：0.01～0.05％,re：0.0005～0.0020％,p≤0.010％，s≤0.005％，al：≤0.004％，其余为fe及不可避免的的杂质。5.根据权利要求1所述的含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，其特征在于：采用lr1200型移动闪光焊机进行钢轨焊接，焊机油温控制在38-42℃，水温控制在18-22℃。6.根据权利要求1所述的含nb、re珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，其特征在于：闪光焊接顶锻完成到推凸的时间应控制在15s以内；轨头允许的最大推凸余量为2.0mm，轨头下颚及轨腰允许的最大推凸余量为2.0mm，轨底许的最大推凸余量为1.5mm。

技术总结
本发明公开了一种含Nb、RE珠光体钢轨移动闪光焊接及接头热处理工艺，包括：1)将同材质钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；2)采用闪光焊机进行钢轨焊接；3)移动闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.35～0.55mm之间，焊接预热次数在11～13次之间，预热电流控制在410～600A之间，焊接顶锻量控制在11.5-12mm，前进速度控制在0.3～2.5mm/s之间；4)接头正火工艺：使用LDGZH-70设备进行接头正火，加热电压10V，保温时间90s，吹风时间100s，接头自然冷却至室温。本发明可以保证接头均为正常的珠光体组织，不存在贝氏体、马氏体等异常组织。马氏体等异常组织。马氏体等异常组织。


技术研发人员：赵桂英 张凤明 王嘉伟 边影 董捷
受保护的技术使用者：包头钢铁（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/5